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Relever les défis liés à la conception des circuits intégrés photoniques (PIC) grâce à un flux de travail intégré

Les circuits intégrés photoniques (PIC) prennent rapidement de l'importance dans un large éventail de domaines, notamment les centres de données, les communications, la détection et les plateformes informatiques de nouvelle génération. Dans le cadre de la fabrication de PIC faisant appel à des services de fonderie, il est nécessaire non seulement de concevoir des composants individuels, mais aussi de concevoir et d'évaluer les caractéristiques de circuits optiques composés de plusieurs composants interconnectés. De plus, il est indispensable de disposer d'instruments de mesure capables d'évaluer avec précision les performances des PIC fabriqués.

Keysight propose un processus de conception intégré qui associe des instruments de mesure optique classiques, des sources lumineuses et des systèmes de test à des outils de simulation et de conception spécialement conçus pour les circuits intégrés photoniques (PIC).

Les outils RSoft Photonic Device Tools utilisent des méthodes d'analyse électromagnétique et optique détaillées telles que FDTD, BPM, FEM et PWE, permettant une simulation précise des composants clés des circuits intégrés photoniques (PIC), notamment les coupleurs à réseau, les interfaces MMI et les déphaseurs pour modulateurs. Ces outils prennent également en charge l'exportation au format GDS pour la soumission aux fonderies. De plus, en exportant les résultats de simulation et les fichiers GDS sous forme de fichiers PDK, il est possible d’effectuer, à l’aide d’ADS Photonic Designer, une analyse au niveau du système et du circuit de dispositifs PIC complets, ainsi que la création intégrale de la disposition.

Processus de conception de circuits intégrés photoniques

Les outils RSoft Photonic Device Tools offrent un environnement complet de simulation électromagnétique et optique, doté de fonctionnalités de CAO, de divers solveurs, d’outils de balayage de paramètres et d’optimisation. La plateforme CAO RSoft de base est commune à tous les outils passifs, ce qui permet aux utilisateurs de choisir entre différents solveurs en fonction de la précision requise et du temps de simulation.
 
Les conceptions peuvent être exportées au format GDS en vue de leur soumission à un fonderie, et les structures peuvent également être créées à partir de fichiers GDS ou programmées via une API Python.

Outils RSoft pour la conception de dispositifs PIC

  • FullWAVE FDTD
    Outil d'analyse de propagation par la méthode des différences finies dans le domaine temporel (coupleurs à réseau, résonateurs en anneau, etc.), prenant en charge l'accélération GPU
  • BeamPROP BPM
    Outil d'analyse de propagation à grande vitesse basé sur la méthode de propagation du faisceau (convertisseurs de taille de spot, rotateurs de polarisation)
  • ModePROP EME
    Outil d'analyse de propagation basé sur le développement en modes propres (structures en réseau)
  • FemSIM FEM
    Solveur de modes basé sur la méthode des éléments finis (diverses structures de guides d'ondes)
  • BandSOLVE PWE
    Outil d'analyse des cristaux photoniques basé sur la méthode de développement en ondes planes (guides d'ondes/fibres à cristaux photoniques)
  • GratingMOD CMT
    Outil de conception de réseaux de diffraction pour fibres optiques et guides d'ondes basé sur la théorie des modes couplés
  • LaserMOD
    Outil de simulation de lasers à semi-conducteurs 2D (lasers Fabry-Pérot, DFB, VCSEL)

En combinant ces solveurs avec divers utilitaires, il est également possible d'analyser des dispositifs tels que les commutateurs optiques et les modulateurs. De plus, l'utilitaire Custom PDK permet d'exporter les résultats de simulation RSoft sous forme de PDK compatibles avec ADS Photonic Designer.


Utilitaires des produits RSoft

  • Utilitaire multiphysique
    Calcule les variations de l'indice de réfraction provoquées par les effets thermo-optiques (TO) et électro-optiques (EO), les effets photoélastiques dus aux variations de température, ainsi que les effets induits par les porteurs de charge
  • AWG Utility
    Outil de conception de dispositifs AWG utilisant BeamPROP BPM
  • Optimiseur topologique
    Conception automatique de la structure des dispositifs à l'aide de l'optimisation topologique
    L'analyse de propagation utilise FullWAVE FDTD
  • Utilitaire PDK personnalisé
    Exporte les résultats calculés avec RSoft sous forme de PDK personnalisés pouvant être lus par des outils de conception de circuits et de systèmes optiques tels que ADS Photonic Designer

Par ailleurs, MOST (Multivariable Optimization and Scanning Tools) sont disponibles :

  • MOST Scanner – Analyse des paramètres et génération de graphiques d'analyse
  • Cluster MOST – Calcul parallèle pour des simulations plus rapides
  • MOST Optimizer – Optimisation à l'aide de méthodes telles que les algorithmes génétiques
 
Écran du logiciel RSoft FullWAVE FDTD sur un ordinateur portable

Outils RSoft pour les dispositifs photoniques et solution ADS Photonic Designer

Dans le cadre du développement de circuits intégrés (PIC) faisant appel aux services d'une fonderie, la conception s'effectue généralement à l'aide des PDK fournis par celle-ci. Cependant, les PDK de la fonderie peuvent s'avérer insuffisants dans certains cas, notamment :

  • Les composants requis ne sont pas inclus dans le PDK de la fonderie
  • Les performances doivent être évaluées et prises en compte lorsque la longueur d'onde de conception ou les conditions structurelles sont modifiées.
  • Le PDK fourni ne contient aucune donnée sur les caractéristiques optiques nécessaires à la simulation.

Grâce à l'utilitaire « Custom PDK » de RSoft Photonic Device Tools, ces composants manquants peuvent être créés sous forme de PDK et utilisés conjointement avec les PDK des fonderies dans des outils de conception de circuits et de systèmes optiques tels qu'ADS Photonic Designer, ce qui permet une simulation complète des dispositifs PIC et la création de schémas de disposition.

Photonic Designer est un outil de simulation et de conception de circuits et de systèmes optiques intégré à ADS (Advanced System), une plateforme de simulation RF. Il permet :

  • Analyse des caractéristiques d'un circuit optique comportant plusieurs composants connectés
  • Évaluation du diagramme en œil à l'aide de signaux de modulation
  • Génération automatique de la mise en page
  • Fichier GDS généré pour la soumission à la fonderie

Caractéristiques principales

  • Conception et simulation à partir de schémas
  • Conception de circuits intégrés à microcontrôleurs à l'aide de PDK
  • Fonctionnalités DRC / LVS
  • Sortie GDS II
ADS Photonic Designer sur l'écran d'un ordinateur portable

L'utilitaire Custom PDK exporte les résultats calculés par RSoft Photonic Device Tools sous forme de données de matrice S optique et de données d'indice de réfraction équivalent.

Les données de la matrice S représentent les caractéristiques d'amplitude et de phase au niveau du port de sortie par rapport à chaque port d'entrée, ventilées par longueur d'onde et par conditions de polarisation ; elles peuvent être utilisées dans des outils de conception tels que Photonic Designer.

De plus, comme les données peuvent inclure des paramètres et des conditions structurelles tels que la largeur de l'interstice et le rayon de courbure, il devient possible de concevoir et de simuler des circuits optiques complexes composés de plusieurs composants — difficiles à calculer à l'aide des seuls outils dédiés aux composants — en ajustant les paramètres au sein des outils système.

PDK personnalisé de RSoft

  • Données de la matrice S optique (amplitude, phase, longueur d'onde et dépendance par rapport à la polarisation)
  • Indice de réfraction équivalent (Neff)
  • Paramètres structurels (largeur de l'interstice, rayon de courbure, etc.)
  • Fichiers GDS pour la mise en page

Outils RSoft disponibles

 
PDK et fonderies

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